Линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в двух ик-спектральных областях

Изобретение может быть использовано в тепловизионных приборах. Объектив состоит из первого неподвижного положительного, второго подвижного отрицательного, третьего подвижного положительного, четвертого неподвижного положительного и пятого отрицательного подвижного компонентов. Первый, третий, четвертый и пятый компоненты выполнены в виде менисков, обращенных вогнутостями к плоскости изображения. Второй - в виде одиночной двояковогнутой линзы. Первый и пятый компоненты выполнены из оптического германия с показателем преломления n=4. Второй и четвертый - из материала с показателем преломления n2=n4=2,44, третий - из материала с показателем преломления n=2,78. Вогнутые наружные поверхности первого и четвертого компонентов выполнены асферическими. Между радиусами кривизны поверхностей объектива и толщинами первого и пятого компонента выполняются соотношения, приведенные в формуле изобретения. Технический результат - высокое качество изображения, формируемое в двух спектральных интервалах 3÷5 мкм и 8÷14 мкм при малых весогабаритных параметрах. 6 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в качестве объектива тепловизионных приборов для наблюдения и опознавания объектов по тепловому излучению.

Известны линзовые объективы с изменяемым фокусным расстоянием для работы в ИК-области спектра (авторское свидетельство SU 1048445, опубл. 15.10.83 г.; патент на изобретение RU 2365952, опубл. 27.08.2009 г.). Данные технические решения обеспечивают возможность наблюдения и опознавания только в одном спектральном интервале, а именно в 8÷14 мкм, и не позволяют вести наблюдения и в другом спектральном интервале 3÷5 мкм, содержащем важную фоноцелевую составляющую.

Наиболее близким аналогом к заявляемому линзовому объективу является объектив, описанный в патенте (патент на изобретение RU 2316797, опубл. 10.02.2008 г.). Объектив состоит из расположенных на оптической оси по ходу лучей первого неподвижного положительного, второго подвижного отрицательного, третьего подвижного положительного и четвертого неподвижного положительного компонентов. Первый, третий и четвертый компоненты выполнены в виде менисков, обращенных вогнутостями к плоскости изображения. Второй выполнен в виде одиночной двояковогнутой линзы. Однако в этом устройстве все линзы выполнены из одного материала - германия, что делает невозможным коррекцию хроматических аберраций, т.е. достижение высокого качества изображения в двух спектральных интервалах.

Задачей изобретения является создание линзового объектива с изменяемым фокусным расстоянием для работы в двух ИК-спектральных областях, позволяющего получить технический результат - обеспечение высоких технических характеристик объектива, а именно высокое качество изображения пространства предметов, формируемое в двух спектральных интервалах 3÷5 мкм и 8÷14 мкм при малых весогабаритных параметрах.

Технический результат достигается тем, что линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в двух ИК-спектральных областях состоит из расположенных на оптической оси по ходу лучей первого неподвижного положительного, второго подвижного отрицательного, третьего подвижного положительного и четвертого неподвижного положительного компонентов. Первый, третий и четвертый компоненты выполнены в виде менисков, обращенных вогнутостями к плоскости изображения. Второй компонент выполнен в виде одиночной двояковогнутой линзы. Второй, третий компоненты имеют возможность перемещаться вдоль оптической оси. Первый по ходу луча компонент выполнен из оптического германия с показателем преломления n=4. Введен пятый подвижный отрицательный компонент, выполненный из оптического германия с показателем преломления n=4, в виде мениска обращенного вогнутостью к плоскости изображения, с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Второй и четвертый компоненты выполнены из материала с показателем преломления n2=n4=2,44. Третий компонент выполнен из материала с показателем преломления n=2,78. Вогнутые наружные поверхности первого и четвертого компонентов выполнены асферическими.

В оптической системе объектива выполняются соотношения:

0,8≤(r1/r2)<1,5,

0,3<(r3/r4)<1,0,

0,2<(r5/r6)<0,5,

0,8<(r7/r8)<1,5,

1,5<(r9/r10)<2,5,

(r1/r2)·d1<10,

(r7/r8)·d9<10,

где r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10 - радиусы кривизны поверхностей объектива

d1, d9 - толщины первого и пятого компонента объектива.

Предлагаемое изобретение поясняется фигурами 1-6.

На фиг.1 изображена оптическая схема линзового объектива для двух фокусных расстояний. При этом позиции I и II соответствуют длинному фокусу объектива, позиции III и IV - короткому фокусу.

В табл.1 указано изменение поля зрения 2ω при изменении фокусного расстояния, а также воздушного промежутка d8 при смене спектрального интервала.

На фиг.2 показаны графики осевых аберраций предлагаемого объектива. По оси абсцисс отложены значения продольных аберраций ΔS' (мм), а по оси ординат - координата у' мм в плоскости входного зрачка.

На фиг.2 - а) при f'=100 мм и Δλ=8÷12 мкм

в) при f'=100 мм и Δλ=3÷5 мкм

c) при f'=33 мм и Δλ=8÷12 мкм

d) при f'=33 мм и Δλ=3÷5 мкм

На фиг.3-6 показаны графики частотно-контрастной характеристики предлагаемого объектива. По оси абсцисс отложена пространственная частота N мм-1, а по оси ординат - коэффициент передачи контраста Т в относительных единицах.

Линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в двух ИК-спектральных областях (фиг.1) состоит из расположенных на оптической оси по ходу лучей первого неподвижного положительного компонента 1, выполненного в виде мениска, второго подвижного отрицательного компонента 2, выполненного в виде одиночной двояковогнутой линзы, третьего подвижного положительного компонента 3 и четвертого неподвижного положительного компонента 4, выполненных также в виде менисков, пятого подвижного отрицательного компонента, выполненного в виде мениска. Все мениски обращены вогнутостями к плоскости изображения, а вогнутые наружные поверхности первого и четвертого компонентов выполнены асферическими. При этом второй отрицательный подвижный компонент 2 в крайнем левом положении (поз.III и IV) фиксирует минимальное фокусное расстояние объектива. Положение в крайне правом состоянии этого компонента (вблизи мениска 3) фиксирует максимальное фокусное расстояние объектива. Пятый компонент выполняет функцию подфокусировки при колебаниях температуры и изменении спектрального интервала.

Второй, третий и пятый компоненты имеют возможность перемещаться вдоль оптической оси. При этом воздушные промежутки между линзами изменяются в соответствии с табл.1. Для изменения фокусного расстояния перемещаются компоненты 2 и 3, а для смены спектрального интервала перемещается компонент.

Таблица 1
f' мм 99,6 100,2 32,8 32,6
Dвх.зрачка мм 50 50 20,2 20,1
Δλ мкм 8÷12 3÷5 8÷12 3÷5
d2 мм 82,9 82,9 17,3 17,3
d4 мм 2,64 2,64 65,4 65,4
d6 мм 7,16 7,16 10,0 10,0
d8 мм 5,59 5,00 5,59 5,00
2ω град 12° 12°

В соответствии с предложенным техническим решением рассчитан объектив, конструктивные параметры которого представлены в таблице 2, в которой d2, d4, d6, d8 - var (изменяемые, см. табл.1).

Таблица 2
Конструктивные параметры объектива
Радиусы, мм Толщины, мм Материал Световые диаметры, мм
r1=50,47 d1=5 Германий 53
r2=51,855*1 d2=82,9-var 48
r3=-112,98 d3=2,5 Поликристалл оптический 32
r4=240,4 d4=2,64-var 32
r5=37,76 d5=4,5 Бескислородное стекло 32
r6=95,72 d6=7,16-var 32
r7=64,71 d7=3 Поликристалл оптический 26
r8=68,507*2 d8=5-var 23
r9=∞ (АД) d9=0,59 36
r10=391,7 d10=3 Германий 23
r11=191,43 d11=-0,59 23

*1 - асферическая поверхность, определяемая согласно уравнению:

у2=103,71z-1,076z2,

где z - величина отклонения профиля поверхности от эталонной сферы, мм.

*2 - асферическая поверхность, определяемая согласно уравнению:

где с=1/686507, k=0, a2=6,4811×10-6, а3=3,0185×10-9

z - величина отклонения профиля поверхности от эталонной сферы, мм.

у в *1 и *2 - расстояние от оптической оси до очередной (текущей) точки светового диаметра линзы.

Объектив имеет следующие характеристики:

Фокусное расстояние, мм 33 100
Относительное отверстие 1:1,6 1:2
Рабочие спектральные интервалы, мкм 3÷5 8÷14
Линейное поле изображения 2у', мм 7 7

Из приведенных графиков (фиг.2-6) видно, что данный объектив может применяться в приборах, работающих в двух ИК-диапазонах для задач обнаружения, различения и опознавания.

Объектив имеет соотношения:

Фокусные расстояния линз соответственно f1'=169,6; f2'=-54,0; f3'=33,5; f4'=563,3; f15'=-126,0. Оптическая схема линзового объектива имеет характеристики fvar'=33÷100 мм, Δλ1=3÷5 мкм; Δλ2=8÷14 мкм; угловые поля 4÷12°, диаметры входных зрачков соответственно fvar' 20,2 мм ÷ 50 мм. Δλ1, Δλ2, λ - длина волны в мкм.

Для осевой точки предмета (фиг.2) линзовый объектив имеет аберрации не более 11,5 мкм для обоих спектральных интервалов.

Предлагаемая оптическая система объектива работает следующим образом: ИК-излучение от фона и цели, расположенных в бесконечности со стороны мениска 1, проходит, преломляясь через линзы 1÷5 (фиг.1), и формирует в плоскости изображения тепловую картину фоноцелевой обстановки, которая в дальнейшем обрабатывается электронным трактом (на фиг.1 не показан) и визуализируется на экране монитора (на фиг.1 не показан) как псевдоцветовое изображение пространства предметов.

Выполнение линзового объектива в соответствии с предлагаемым изобретением обеспечивает следующие технические результаты:

- высокое качество изображения в двух спектральных диапазонах;

- два режима работы: обзор и поиск в режиме широкого поля (12°) и прицеливание в режиме узкого поля (4°);

- выявление скрытых признаков объектов за счет комплексирования изображения в двух спектральных диапазонах;

- малые весогабаритные параметры, т.к. два объектива совмещены в одном.

При этом к признакам, отличающим предлагаемое изобретение от наиболее близкого аналога, следует отнести конструктивные особенности объектива, выполненного из материалов с различными показателями преломления, при этом пятый по ходу лучей элемент, введенный в схему оптики, позволяет осуществить согласование спектральных диапазонов и перепадов температур в плоскости изображения.

Линзовый объектив с изменяемым фокусным расстоянием для работы в двух ИК-спектральных областях, состоящий из расположенных на оптической оси по ходу лучей первого неподвижного положительного, второго подвижного отрицательного, третьего подвижного положительного и четвертого неподвижного положительного компонентов, причем первый, третий и четвертый компоненты выполнены в виде менисков, обращенных вогнутостями к плоскости изображения, второй - в виде одиночной двояковогнутой линзы, все подвижные элементы выполнены с возможностью перемещения вдоль оптической оси, первый по ходу луча компонент выполнен из оптического германия с показателем преломления n=4, отличающийся тем, что введен пятый подвижный отрицательный компонент, выполненный из оптического германия с показателем преломления n=4, в виде мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, с возможностью перемещения вдоль оптической оси, при этом второй и четвертый компоненты выполнены из материала с показателем преломления n2=n4=2,44, а третий компонент выполнен из материала с показателем преломления n=2,78, а вогнутые наружные поверхности первого и четвертого компонентов выполнены асферическими, в оптической системе объектива выполняются соотношения:
0,8≤(r1/r2)<1,5,
0,3<(r3/r4)<1,0,
0,2<(r5/r6)<0,5,
0,8<(r7/r8)<1,5,
1,5<(r9/r10)<2,5,
(r1/r2)·d1<10,
(r7/r8)·d9<10,
где r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10 - радиусы кривизны поверхностей объектива;
d1, d9 - толщины первого и пятого компонентов объектива.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к проекционным объективам, и может быть использовано, например, в устройствах переноса изображения, формируемого на выходном окне рентгеновского электронно-оптического преобразователя (РЭОП) или другого электронно-оптического преобразователя (ЭОП) на ПЗС-матрицу.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам для видимой и ближней ИК-области спектра, и может быть использовано совместно с электронно-оптическими преобразователями (ЭОПами) в приборах ночного видения и в современных цифровых приборах, предназначенных для обнаружения и опознавания объектов наблюдения при пониженной освещенности.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в оптических системах тепловизионных приборов. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам, работающим в инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в оптических системах тепловизоров, использующих для регистрации теплового изображения матричные приемники излучения, например микроболометры.

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в приборах ночного видения. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам для инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в оптических системах тепловизоров, например, таких, во входном зрачке которых установлены сканирующие элементы, а в выходном - охлаждаемая диафрагма фотоприемного устройства (ФПУ).

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице. .

Объектив // 2377618
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может использоваться как объектив с формированием изображения на ПЗС-матрице. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с переменным фокусным расстоянием, и может использоваться в системах преобразования лазерного излучения приборов наведения.

Изобретение относится к конструкции оптических приборов, а именно - к конструкции высококачественных объективов-трансфокаторов с большим диапазоном увеличения, которые применяются в видеокамерах и иных съемочных устройствах и снабжены функцией оптической стабилизации изображения при вибрации или тряске.

Изобретение относится к области конструирования оптических систем, а именно к панкратическим объективам, и может быть использовано в цифровых фотокамерах класса «ультразум», а также в любых фото- и видеосистемах, где требуется большой диапазон фокусных расстояний.

Изобретение относится к области оптики, к системам с переменным фокусным расстоянием, а именно к панкратическим системам, и может применяться в видеокамерах, цифровых фотоаппаратах или подобных им оптоэлектронных устройствах, имеющих приемник изображения.

Изобретение относится к устройству ввода компьютера, предназначенному для формирования гладких электронных чернил, или данных перьевого ввода. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам, предназначенным для дальней инфракрасной (ИК) области спектра, обеспечивающим дискретное изменение фокусного расстояния, и может быть использовано в оптических системах тепловизоров, в том числе тепловизоров смотрящего типа, использующих матричные приемники инфракрасного диапазона.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в качестве объектива тепловизионных приборов для наблюдения и опознавания объектов по тепловому излучению.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в объективах с переменным фокусным расстоянием. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в телевизионных камерах, кино- и фотокамерах, приборах ночного видения, комбинированных дневно-ночных приборах и других приборах, использующих несколько спектральных диапазонов.

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано в оптическом приборостроении. .

Изобретение относится к технике формирования изображений, в частности к оптическим системам оптико-электронных приборов формирования и обработки инфракрасных изображений (ИК), в которых актуальна задача коррекции тепловизионного изображения, связанная с компенсацией постоянной составляющей сигнала фоточувствительных элементов, и может быть использовано для разработки и создания тепловизорных систем и приборов различного назначения с матричными фотоприемными устройствами (МФПУ).

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в качестве объектива тепловизионных приборов для наблюдения и опознавания объектов по тепловому излучению

Наверх